1926

Содержание щебня в замесах в течение последующих 10 выборок (см. рис. 3.13) осталось в пределах границ регулирования. Размахи содержаний щебня почти не изменялись и не достигали среднего значения R = 8,24 %. Это свидетельствует о том, что точность и стабильность дозировки щебня и асфальтобетонной смеси находились под контролем.

Средние значения минерального порошка (см. рис. 3.12) также остались внутри границ регулирования, однако выборка № 3 показала выход содержания минерального порошка выше верхней границы регулирования. После корректировки наблюдалась более устойчивая дозировка. Размахи содержаний минерального порошка оставались внутри границ регулирова-

ния и колебались равномерно вокруг среднего значения размахов R . После устранения систематических погрешностей в дозировке битума (см. рис. 3.11) в основном периоде содержания битума остались внутри границ регулирования. В выборке № 4 среднее значение получилось ниже границы регулирования. Повторная выборка № 5 показала, что необходимо ввести корректировку. Проверка определила, что индикаторные стрелки дозатора битума необходимо сместить в сторону повышения содержания. В дальнейшем содержание битума колебалось около проектного значения (выборки № 6 – 14).

На карте размахов в выборке № 2 получен выброс за верхнюю границу размахов. После всей корректировки размахи остались ниже среднего зна-

чения R .

Таким образом, контрольные карты способствовали выявлению систематических погрешностей и поддержанию стабильности технологического процесса изготовления асфальтобетонной смеси.

Контроль качества технологического процесса по модели двух его состояний. Расчет верхней и нижней границ регулирования по формулам (3.9) и (3.10) связан с некоторой условностью, так как объем выборки п принимается произвольно. По рекомендациям ряда статистиков величину п предлагается принимать небольшой, в пределах 3–6, чаще всего п =4. При этом остается неопределенной также частота отбора проб из технологического процесса. При контроле и регулировании технологических процессов в дорожном строительстве можно найти оптимальные объем выборки и частоту отборов исходя из гипотетических двух или нескольких состояний технологического процесса: налаженного и разлаженного; налаженного, частично разлаженного и полностью разлаженного и т.д.

Налаженный технологический процесс – это такой процесс, которому соответствует доля недоброкачественной продукции, не превышающая допускаемую. Критериями налаженности технологического процесса служат его стабильность и точность.

Наладка технологического процесса – это перевод разлаженного технологического процесса в налаженный.

141

Уровень наладки технологического процесса оценивается относительным значением статистической характеристики, применяемой для оценки состояния технологического процесса. При определении уровня наладки процесса за базовое значение статистической характеристики принимают ее математическое ожидание для налаженного процесса.

Разлаженный технологический процесс – это такой, которому соответствует доля недоброкачественной продукции, превышающая допускаемую. Разладка технологического процесса – это переход налаженного технологического процесса в разлаженный. О разладке технологического процесса судят по изменившейся величине его стабильности и (или) точности. Таким образом, рассматривается модель технологического процесса, при которой процесс скачкообразно переходит из налаженного состояния в разлаженное состояние. В дорожном строительстве такие состояния бывают на асфальтобетонных, цементобетонных, камнедробильных заводах и т.д. Например, к скачкообразному изменению состояния технологического процесса приводит поломка лопасти в мешалке, повреждение затвора в дозаторе материала, подача сырья (щебня, песка), качество которого резко отличается от проектного, пониженная температура в сушильном барабане и др.

Следовательно, как при налаженном, так и при разлаженном технологическом процессе допускается некоторая вероятность появления недоброкачественной продукции, однако в первом случае ее доля не превышает допустимую, а во втором – ее доля больше допустимой.

При статистическом контроле наладки и рассеяния контролируемого параметра технологического процесса весьма важно установить период отбора выборок или проб. При частоте отбора выборок объем испытаний увеличивается – и достоверность выводов о состоянии технологического процесса повышается. Однако при этом контроль становится более дорогим и менее оперативным. В связи с этим необходимо решать вопрос – как часто отбирать выборки готовой продукции, т.е. какова должна быть длина серии единиц продукции, выборка из которой извлекается в определенные моменты времени.

Когда происходит разладка технологического процесса, oн переходит в другое состояние и находится в нем определенное время. Продолжительность нахождения процесса в разлаженном состоянии зависит от оперативности и достоверности определения появившихся отклонений в настройке и оперативности устранения разладки. При разлаженном состоянии на АБЗ или ЦБЗ изготавливается некоторая доля недоброкачественной продукции. Чем быстрей замечают и устраняют разладку процесса, тем меньше выпускают брака на заводе.

Для обоснования периода отбора выборок необходимо заранее установить распределение времени разладки процесса. Оно определяется обработкой результатов наблюдения за разладкой технологического процесса в предшествующем периоде. Таким образом, контроль качества изготовле-

142

ния дорожно-строительной продукции взаимоувязывается с основными положениями теории надежности, в частности, распределением вероятностей отказов.

Отказ в технологическом процессе может случиться из-за технических неполадок (отказ по производительности) или из-за погрешностей в технологии производства (отказ по качеству продукции). Как показывает опыт работы АБЗ, чаще всего качество продукции ухудшается из-за технологических погрешностей. Таким образом, при исследовании разладок (отказов) технологического процесса нужно принимать во внимание технические, организационные и технологические условия протекания процесса. Для контроля качества деталей машин статистическое регулирование уровня наладки технологического процесса с помощью контрольных карт основывается на формировании и проверке одной из статистических гипотез: Н0 – процесс налажен; Hi – процесс разлажен.

Каждое состояние технологического процесса, соответствующее одной из упомянутых гипотез, характеризуется различными статистическими параметрами процесса:

0 – среднее значение контролируемого параметра X, при котором, соблюдая данную технологию, изготавливают продукцию наилучшего качества;

– среднее квадратичное отклонение контролируемого параметра X, которое предполагают постоянным на протяжении всего технологического процесса;

i – предельно допустимое среднее значение контролируемого параметра X, свидетельствующее о необходимости корректировки технологического процесса и о том, что в продукции содержится максимально допустимая доля брака.

Эти параметры технологического процесса необходимо получить на основе предварительных исследований.

Технологический процесс считается налаженным, если = 0 , и разлаженным, если = 1 = 0 .

характеризует нормированное смещение наладки технологического процесса при его разладке. Разладка технологического процесса наступает при постоянном значении в случайные моменты времени вследствие изменения среднего значения под воздействием неконтролируемых факторов.

Статистическое регулирование может производиться для одностороннего критерия, когда проверяется только увеличение или уменьшение контролируемого параметра X, и для двустороннего критерия, когда качество

143

продукции ухудшается вследствие двустороннего отклонения контролируемого параметра.

По результатам выборочных измерений контролируемого параметра X, для i-й выборки рассчитывают выборочное среднее арифметическое значение:

где Xij – результат j-го измерения в i-й выборке; п – объем выборки.

Если Хi Рв, т.е. ниже верхней границы регулирования, то принимает-

ся гипотеза Н0, т.е. технологический процесс налажен и не требует корректировки. Если Хi Рв, т.е. выборочное среднее значение находится выше

верхней границы регулирования, то принимается гипотеза H1, т.е. процесс разлажен и требует корректировки. При формулировании каждой статистической гипотезы, как правило, учитывают ошибку излишней наладки, когда она не требуется, а также ошибку незамеченной разладки, когда требуется корректировка, но она не выявлена.

Каждая из этих двух ошибок допускается с определенной вероятностью, т.е. риском.

Риск излишней наладки при одностороннем ограничении σn (РВ μ0 ) определяется по формуле

Из этих формул после приравнивания пределов интегралов квантилям вероятностей (1 – ) и получаем объем выборки:

и верхнюю границу регулирования

где и1– , и – соответственно квантили нормального распределения для вероятностей (1– ) и .

144

При одностороннем критерии для контрольной карты средних арифметических значений верхняя контрольная граница

Для статистического регулирования технологического процесса составляется план контроля. Он состоит из назначения следующих величин: периода отбора выборок или проб, объема выборки или пробы n; границ регулирования Рв и (или) Рн – для контрольных карт средних арифметических значений.

При выборе плана регулирования исходными величинами являются

параметры 0, и 1.

Период отбора выборок или проб необходимо назначать так, чтобы были получены оптимальные значения средних длин налаженного Lo и разлаженного L1 процессов. При этом длина процесса может измеряться не только единицами времени, но и единицами изготовленной продукции. Например, на АБЗ длина разлаженного или налаженного процесса может измеряться числом выполненных замесов или тоннами изготовленной асфальтобетонной смеси. Средняя длина серии выборок – это среднее число выборок (проб) между соседними наладками технологического процесса при неизменном распределении вероятностей контролируемого параметра. Если распределение нормально, то неизменность определяется постоян-

ными значениями среднего значения и среднего квадратичного отклонения генеральной совокупности.

Желательно, чтобы средняя длина серии выборок для налаженного процесса L0 была максимальной, а для разлаженного L1 – минимальной.

При статистическом регулировании процесса средняя длина серии на-

Объем выборки п и выражение un при применяемых рисках и , а

также при различном нормированном смещении приведены в нормативных документах. В качестве частного примера в табл. 3.7 показаны изменения объема выборки п при L1 = 5.

145

Средняя длина серии выборок при налаженном технологическом процессе – это среднее число выборок (проб) между соседними решениями о наладке технологического процесса при отсутствии его разладки. Средняя длина серии выборок при разлаженном технологическом процессе представляет собой среднее число выборок (проб) между моментом разладки технологического процесса и моментом его наладки.

Пример. Нужно выбрать план контроля изготовления асфальтобетонной смеси в смесителе на АБЗ. Контроль качества производится по содержанию битума.

Процесс будет налаженным, если среднее значение содержания битума составит 0 = 6,5 % (по проекту Хп=6,50 %), и разлаженным, если среднее значение содержания битума в смеси составит 1 = 6,70 % по массе. Из предварительных исследований качества изготовления мелкозернистых асфальтобетонных смесей установлено, что среднее квадратичное отклонение содержания битума =6,30 % по массе. По предварительным исследованиям известно, что средняя длина серии налаженного процесса, измеряемая в часах его работы, составляет на данном смесителе L0=60, а средняя длина серии разлаженного процесса L1=5. Контроль точности и регулирования наладки обеспечивается применением контрольных карт средних арифметических значений. Необходимо определить план контроля и рассчитать границы регулирования.

146

При изготовлении асфальтобетонной смеси наблюдается двустороннее смещение содержания битума; поэтому верхняя граница регулирования средних арифметических значений

Рв = 0 + uσn = 6,50 + 1,01 0,30 = 6,80 %

и нижняя

Допустимый интервал колебаний содержания битума для асфальтобетонной смеси на контрольной карте (см. рис. 3.11) составляет

Рв – Рн = 7,20 – 6,30 = 0,90 % по массе,

а по приведенным расчетам oн составляет

Рв – Рн = 6,80 – 6,20 = 0,60 % по массе.

Как видно, при том же объеме выборки п = 4 учет вероятности продолжительности нахождения технологического процесса в налаженном и разлаженном состоянии приводит к более строгому ограничению колебаний средних значений содержания битума.

Итак, качество автомобильной дороги как конечного вида дорожностроительной продукции, необходимо рассматривать, в первую очередь, с точки зрения ее надежности на этапах проектирования, строительства и эксплуатации. При этом следует иметь в виду, что на реализацию надежности при проектировании, строительстве и эксплуатации автомобильной дороги оказывают влияние систематические погрешности в технологии дорожного строительства, стабильность технологических процессов, технологическая наследственность, техническая и организационная обеспеченность высокопроизводительными, точными и стабильными машинами и механизмами, а также эффективность применения статистических методов контроля и обеспечения качества дорожно-строительной продукции.

Контр о льны е вопросы

1.Какому закону распределения случайных величин подчиняется

большинство показателей, характеризующих прочность дорожной конструкции (модули упругости слоев дорожно-строительных материалов и грунтов, прочность при изгибе и сдвиге, плотность, влажность, сцепление слоев)?

2.Какой транспортно-эксплуатационный показатель принимают в качестве критерия надежности автомобильной дороги?

3.Какой период времени принимают за межремонтный и расчетный сроки службы дорожной одежды?

4.Какие испытания вдоль рассматриваемого участка дороги проводят для оценки качества построенной дорожной конструкции?

5.Надежность и отказ автомобильной дороги или отдельных ее элементов на этапах проектирования, строительства и эксплуатации.

147

6.Технологический процесс дорожно-строительной продукции. Отказ, безотказность и ремонтопригодность технологического процесса.

7.Технологическая и структурная наследственность на этапе изготовления дорожно-строительных материалов и устройства конструктивных слоев, а также при эксплуатации дорожного сооружения.

8.Основные направления развития технологического оборудования.

9.Ритмичность производства и однородности дорожно-строительной продукции.

10.Статистическое управление качеством дорожно-строительной продукции.

11.Контроль качества на основе контрольной карты Х /R Шьюхарта. Статистическая гипотеза о настройке (состоянии) технологического процесса и его контрольных границах.

148

4. ДИАГНОСТИКА И ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

4.1. Основные понятия и определения

Порядок диагностики и оценки технического уровня, эксплуатационного состояния, инженерного оборудования и обустройства автомобильных дорог устанавливается правилами ОДН 218.006-2002.

Диагностика автомобильных дорог – обследование, сбор и анализ информации о параметрах, характеристиках и условиях функционирования дорог и дорожных сооружений, наличии дефектов и причин их появления, характеристиках транспортных потоков и другой необходимой для оценки

ипрогноза состояния дорог и дорожных сооружений в процессе дальнейшей эксплуатации.

Материалы диагностики и оценки состояния дорог являются исходной базой для разработки проектно-сметной документации на ремонт и реконструкцию дорог и дорожных сооружений. Диагностика и оценка состояния дорог и дорожных сооружений является основным звеном в системе управления развитием и совершенствованием дорожной сети, повышением транспортно-эксплуатационных показателей, надежностью функционирования каждой дороги и сети автомобильных дорог. Она создает предпосылки для эффективного использования средств и материальных ресурсов, направляемых на развитие и совершенствование дорожной сети.

Оценка транспортно-эксплуатационного состояния – определение степени соответствия нормативным требованиям фактических потребительских свойств автомобильных дорог, их основных параметров и характеристик.

Потребительские свойства дороги – совокупность её транспортноэксплуатационных показателей (ТЭП АД), непосредственно влияющих на эффективность и безопасность работы автомобильного транспорта, отражающих интересы пользователей дорог и влияние на окружающую среду. К потребительским свойствам относятся обеспеченные дорогой: скорость, непрерывность, безопасность и удобство движения, пропускная способность

иуровень загрузки движением; способность пропускать автомобили и автопоезда с разрешёнными для движения осевыми нагрузками, общей массой и габаритами, а также экологическая безопасность.

Технический уровень дороги – степень соответствия нормативным требованиям постоянных (не меняющихся в процессе эксплуатации или меняющихся только при реконструкции и капитальном ремонте) геометрических параметров и характеристик дороги и её инженерных сооружений.

Эксплуатационное состояние – степень соответствия нормативным требованиям переменных параметров и характеристик дороги, инженерно-

149

го оборудования и обустройства, изменяющихся в процессе эксплуатации в результате воздействия транспортных средств, метеорологических условий и уровня содержания.

Транспортно-эксплуатационное состояние дороги (ТЭС АД) – комплекс фактических значений параметров и характеристик технического уровня и эксплуатационного состояния на момент обследования и оценки, обеспечивающих её потребительские свойства.

Технико-эксплуатационные качества или характеристики дороги (ТЭК АД) – характеристики надёжности и работоспособности дороги как инженерного сооружения, к которым относят прочность дорожной одежды, ровность, шероховатость и сцепные качества покрытий, устойчивость земляного полотна и т.д.

Качество дороги – степень соответствия всего комплекса показателей технического уровня, эксплуатационного состояния, инженерного оборудования и обустройства, а также уровня содержания нормативным требованиям.

Эксплуатационный коэффициент обеспеченности расчётной скорости – отношение фактической максимальной скорости движения одиночного легкового автомобиля обеспеченной дорогой по условиям безопасности движения или взаимодействия автомобиля с дорогой на каждом участке (Vф.max), к расчётной скорости для данной категории дороги и рельефа местности Vрасч:

KРС.Э VVФ.max .

расч

Коэффициент обеспеченности расчётной скорости – отношение VФ.max к базовой расчётной скорости VрасчБ :

KРС VVФ.Бmax . расч

За базовую расчётную скорость принята скорость VрасчБ 120 км/ч.

Тогда KРС V120ф. max .

В практических расчётах рекомендуется пользоваться коэффициентом обеспеченности расчётной скорости.

150